Oscilador de Onda Quadrada? Que tal um Simétrico com o CI 555?

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Caro leitor, apresento a vocês um pequeno truque para obter um Oscilador de Onda Quadrada utilizando o circuito integrado 555.

O CI 555 em Modo Astável Tradicional

Você pode estar se perguntando, o porquê dessa dica. Bom, sabemos que dentre as configurações possíveis o conhecido integrado 555 pode ser configurado em modo astável, conforme ilustra a figura abaixo:

Oscilador simétrico - 555 em modo astável
Figura 1 – Oscilador simétrico – 555 em modo astável

 

Essa configuração situa-se entre as favoritas para se obter um oscilador de onda quadrada ajustável em termos de frequência. O ajuste dessa frequência na configuração atual depende dos valores dos resistores R1, R2 e do capacitor C1. O problema está no fato de que a onda quadrada gerada nessa configuração não vai ser quadrada, pois sua simetria tem que ser ajustada através da relação desses mesmos resistores, que influenciam novamente na frequência, restringindo o uso de valores de resistores além da necessidade do uso de resistores mais precisos.

 

O Truque: Obtendo Simetria com Osciladores Baseados em 555

Com uma pequena modificação no circuito astável tradicional poderemos obter a simetria desejada sem ter que lidar com relação entre resistores, utilizamos o conhecido LTSpice para simular o comportamento do nosso modelo. Na figura abaixo mostramos ao leitor a modificação, bem como o resultado da simulação de transiente (conhecida por ser adequada para uso de análise de circuitos em estado estacionário), vejamos:

 

Oscilador simétrico - Onda quadrada com 555 com simulação do transiente.
Figura 2: Oscilador de onda quadrada com 555 – simulação do transiente.

 

Observando o circuito, e comparando com a figura anterior, percebemos que ele ficou mais simples.

O pino 7 (Discharge) não vai mais ser utilizado, os pinos 6 (Threshold) e 2 (Trigger) continuam derivando do circuito RC agora formado pelo resistor R1 e pelo capacitor C2 (com os valores atuais a frequência fica em torno de 1 kHz). Por sua vez a rede RC agora deriva do pino 3 (Out) e não mais da tensão de alimentação. Com isso o tempo de carga e de descarga da rede RC será simétrico, fazendo com que os pulsos de onda quadrada também se mantenham.

Para calcular a frequência desejada basta que o usuário multiplique R1 por C2 e tome sua função inversa (1/resultado). O circuito pode ser empregado nas versões CMOS do 555 (variantes como o TLC555). Em outras versões a mesma abordagem pode ser empregada, porém como o drive do estágio de saída não fornece o nível de tensão da fonte (VCC) a simetria do circuito pode sofrer variações (podendo o sinal resultante ficar com simetria perto dos 40%), portanto leitor tenha isso em mente.

 

Resultados

Após a simulação acima, vamos colocar tudo em prática, mas durante as montagens, alguns pontos foram levantados do circuito prático em relação ao circuito teórico:

  • Devido a baixa capacidade de drive do pino 3 do 555,  R1 deve ser maior que 20Kohm;
  • Recomenda-se o uso das versões CMOS do 555;
  • Os melhores resultados obtidos foram com alimentação de 9,0V;
  • A simetria da onda quadrada altera-se se carga for colocada na saída, portanto certifique-se que o circuito a utilizar esse oscilador tenha impedância de entrada acima de 80KOHM;
  • A simetria obtida fica em torno de 47 a 52% de ciclo ativo, novamente atente-se a capacidade de drive e a carga aplicada ao pino 3 do 555.

 

Abaixo temos o circuito na protoboard, reparem que a complexidade é pequena:

Circuito na protoboard
Figura 3 – Circuito na protoboard

 

E por fim mostramos o resultado prático, com uma carga de 80KOHM na saída do circuito. Repare que a simetria ficou em torno de 55% de ciclo ativo, apesar do desvio, atingir esse resultado combinando resistores no clássico arranjo astável demonstrado no início do artigo daria muito mais trabalho além de ficarmos dependentes de valores de resistores indisponíveis.

 

Oscilador de Onda Quadrada
Figura 4 – Oscilador de Onda Quadrada

 

Conclusão

O CI 555 é um dos mais versáteis circuitos integrados de sinais mistos. Um pouco criatividade torna fácil a construção de circuitos úteis e a melhoria de configurações já existentes.

Compreendemos como melhorar a configuração astável quando o objetivo está em obter uma onda quadrada simétrica.

 

Links Úteis Sobre o 555

  • Para o Datasheet do LM555, clique aqui.
  • Repositório no Github contendo os arquivos de simulação, clique aqui.
  • Download do LT-Spice utilizado na simulação, clique aqui.

 

Espero que tenha curtido este tutorial.  Para dúvidas e sugestões, faça seus comentários abaixo! Confira outros produtos em nossa loja!

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